永磁有刷直流电机振动与噪声分析..

合集下载

航空器用永磁直流发电机的噪音与振动控制研究

航空器用永磁直流发电机的噪音与振动控制研究近年来，永磁直流发电机在航空器领域得到了广泛应用。

其高效率、高功率密度和紧凑的结构使其成为航空器电力系统的理想选择。

然而，永磁直流发电机在运行过程中产生的噪音和振动问题一直是制约其发展的重要因素。

因此，对永磁直流发电机的噪音和振动进行研究和控制具有重要意义。

首先，我们需要了解永磁直流发电机噪音和振动的产生原因。

一是电磁力引起的振动和噪音。

在永磁直流发电机中，电流通过定子线圈和转子线圈产生磁场，磁场相互作用引起的电磁力产生振动和噪音。

二是电极间气隙噪音。

永磁直流发电机转子和定子之间的气隙会引起噪音。

三是机械传动噪音。

航空器永磁直流发电机通常与发动机或其他结构紧密连接，机械传动会引入噪音和振动。

针对这些问题，研究人员提出了一系列的噪音和振动控制方法。

首先是结构优化设计。

通过改变永磁直流发电机的结构和材料，减少振动和噪音的产生。

例如，采用复合材料制作转子结构，在提高强度的同时减小质量，降低噪音和振动。

其次，是采用减振措施。

通过增加减振材料、减振片等方式，吸收和隔离振动能量，减少振动和噪音的传播。

此外，还可以使用隔声材料对永磁直流发电机进行包裹，降低噪音的辐射。

再次，是控制电磁力的作用。

通过运用控制算法调整电磁力的分布，减小振动和噪音的产生。

最后，是优化电气系统的设计。

优化控制策略，减小电流和磁场的波动，降低振动和噪音水平。

永磁直流发电机噪音和振动的控制还面临着一些挑战。

首先是矛盾性目标的处理。

振动和噪音的控制往往与功率和效率之间存在矛盾关系，因此需要在满足噪音和振动控制的前提下，尽可能保持永磁直流发电机的高效率和高功率密度。

其次是系统集成的问题。

航空器用永磁直流发电机通常与其他系统和设备紧密结合，如发动机、航电系统等，因此需要考虑整个系统的协同工作，以实现综合噪音和振动的控制。

此外，噪音和振动的控制还需要综合考虑机械、电气、材料等多个学科的知识。

需要开展先进的建模和仿真研究，以指导设计和优化。

永磁同步电动机振动与噪声特性研究

永磁同步电动机振动与噪声特性研究一、本文概述随着科技的不断进步和环保理念的日益深入人心，永磁同步电动机（PMSM）作为一种高效、环保的驱动方式，已在诸多领域得到了广泛应用。

然而，随着其使用范围的扩大，其振动与噪声问题也逐渐显现，成为了制约其进一步发展的关键因素。

因此，本文旨在深入研究永磁同步电动机的振动与噪声特性，以期为降低其振动与噪声、提高其运行稳定性和可靠性提供理论依据和技术支持。

本文将首先介绍永磁同步电动机的基本原理和结构特点，阐述其振动与噪声产生的机理。

在此基础上，通过理论分析和实验研究相结合的方法，研究永磁同步电动机在不同工况下的振动与噪声特性，探讨其影响因素和变化规律。

本文还将对永磁同步电动机的振动与噪声抑制技术进行研究，提出有效的抑制方法和措施。

本文的研究内容不仅对于提高永磁同步电动机的性能和可靠性具有重要意义，而且对于推动永磁同步电动机的广泛应用和产业发展也具有积极的促进作用。

因此，本文的研究具有重要的理论价值和实践意义。

二、永磁同步电动机的基本原理与结构永磁同步电动机（PMSM）是一种高效、高性能的电动机，广泛应用于电动汽车、风力发电、工业机器人和精密机床等领域。

其基本原理和结构决定了其在振动和噪声特性上的表现。

永磁同步电动机的基本原理基于电磁感应和磁场相互作用。

它利用永磁体产生恒定磁场，作为励磁源，通过控制定子电流的相位和幅值，使定子磁场与转子磁场保持同步旋转。

当定子电流产生的旋转磁场与转子永磁体磁场相互作用时，会产生电磁转矩，驱动电动机旋转。

永磁同步电动机的结构主要由定子、转子和端盖等部件组成。

定子由铁心和绕组组成，铁心用于固定绕组并提供磁路，绕组则通过电流产生旋转磁场。

转子则主要由永磁体和铁心组成，永磁体提供恒定磁场，铁心则用于增强磁场强度。

端盖则用于固定定子和转子，并提供机械支撑。

在PMSM中，永磁体的使用是关键。

永磁体具有高矫顽力、高剩磁和高磁能积等特点，能够提供稳定的磁场，从而提高电动机的效率和性能。

电动机的噪声与振动测试与分析

电动机的噪声与振动测试与分析电动机作为一种重要的机电转换设备，广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输以及家庭电器等。

然而，电动机在运行中常常会产生噪声和振动，这不仅会影响设备的正常运行，还可能对周围环境和人体健康造成不利影响。

因此，对电动机的噪声和振动进行测试与分析，追求降噪和减振的技术手段，具有重要的现实意义和科学价值。

1. 噪声测试与分析1.1 噪声测试方法噪声测试是电动机噪声分析的首要步骤。

目前，常用的噪声测试方法包括声级计测量和阶谱分析法。

声级计测量是一种直接测量噪声强度的方法，通过将声级计放置在一定距离处，采集电动机产生的声音信号，并实时显示声级大小。

这种方法简单快捷，适用于一般的噪声测试和评估。

阶谱分析法是一种间接测量噪声的方法，通过将电动机产生的声音信号输入到频谱分析仪中，进行频谱分析，从而得到不同频率段的噪声能量分布情况。

这种方法可以更详细地了解不同频率段的噪声特性，有利于找到可能引起噪声的具体原因。

1.2 噪声分析方法噪声分析是在噪声测试的基础上，通过对噪声信号进行处理与分析，找出引起噪声的主要原因和改进方向。

常用的噪声分析方法包括声学特性分析和机械振动分析。

声学特性分析主要通过对噪声信号的频谱特性、时间特性和全频带频谱进行分析，找出主要频段和峰值，并与标准进行对比。

同时，还可以使用声场可视化技术，通过声场图对噪声分布进行直观观察和分析。

机械振动分析是通过测量电动机在运行过程中的振动信号，进而分析振动的频率、幅值和相位等特性。

通过对振动信号的分析，可以确定振动的主要来源，如不平衡、旋转不稳定等，并提出相应的改进措施。

2. 振动测试与分析2.1 振动测试方法振动测试是为了全面了解电动机振动行为及其特性，常用的振动测试方法有加速度传感器振动测试和频谱分析法。

加速度传感器振动测试是将加速度传感器固定在电动机设备上，测量其振动信号的加速度大小，并通过数据采集系统进行实时采集和记录。

这种方法能够直接获得振动信号的幅值和频率信息，为振动分析提供重要数据。

永磁同步电机高频振动与噪声研究

永磁同步电机高频振动与噪声研究一、概述永磁同步电机以其高效率、高功率密度及优秀的控制性能，在电动汽车、风力发电、工业驱动等领域得到了广泛应用。

随着电机运行频率的提高，高频振动与噪声问题日益凸显，成为制约永磁同步电机进一步发展的关键因素。

对永磁同步电机高频振动与噪声的研究具有重要的理论价值和实际意义。

高频振动主要来源于电机内部的电磁力波动、机械结构共振以及材料特性等因素。

这些振动不仅影响电机的稳定运行，还可能导致电机部件的疲劳损坏，降低电机的使用寿命。

同时，高频振动还会引发噪声污染，对人们的生产和生活环境造成不良影响。

针对永磁同步电机高频振动与噪声问题，国内外学者进行了大量的研究。

研究内容包括但不限于电机电磁设计优化、结构动力学分析、振动噪声测试与评估等方面。

通过改进电机电磁设计，优化绕组分布和磁极形状，可以有效降低电磁力波动，从而减少高频振动。

通过结构动力学分析，可以识别出电机的共振频率，进而采取相应的措施避免共振现象的发生。

目前对于永磁同步电机高频振动与噪声的研究仍面临一些挑战。

一方面，电机内部的电磁场和机械结构相互耦合，使得振动与噪声的产生机制复杂多样，难以准确描述和预测。

另一方面，随着电机技术的不断发展，新型材料和先进制造工艺的应用使得电机的振动噪声特性也发生了变化，需要不断更新和完善研究方法和手段。

本文旨在深入研究永磁同步电机高频振动与噪声的产生机理和影响因素，提出有效的抑制措施和优化方案，为永磁同步电机的设计、制造和运行提供理论支持和实践指导。

1. 永磁同步电机概述永磁同步电机，作为电动机和发电机的一种重要类型，以其独特的优势在现代工业中占据着举足轻重的地位。

其核心特点在于利用永磁体来建立励磁磁场，从而实现能量的高效转换。

定子产生旋转磁场，而转子则采用永磁材料制成，这种结构使得永磁同步电机在运行时能够保持稳定的磁场分布，进而实现平稳且高效的能量转换。

永磁同步电机可以分为他励电机和自励电机两种类型，前者从其他电源获得励磁电流，后者则从电机本身获取。

永磁同步电机振动噪声的分析与结构优化

摘要永磁同步电机具有结构简单、功率密度大、效率高等优势，在空间和能源有限的自主式水下航行器中得到了广泛应用。

永磁同步电机在运行过程中会产生径向电磁力和齿槽转矩，这些激励作用于电机结构，将引起电机的振动，向外辐射噪声，影响电机稳定运行和航行器的隐身性能。

本文以某自主式水下航行器配备的推进用永磁同步电机为研究对象，围绕电机振动分析和优化，分别建立了永磁同步电机的电磁场模型、结构模型以及瞬态动力学耦合模型，从解析、仿真和实验的层面，对电机进行了如下研究：首先，分析了永磁同步电机电磁激励的分布规律。

通过解析，推导出电磁力波的阶数与频率；建立了永磁同步电机的电磁有限元仿真模型，计算得到了电磁场的时空分布，经过傅里叶分解，得到了电磁力的频域特征。

给出了齿槽转矩的解析式，并进行了数值仿真，分析了齿槽转矩的分布规律。

其次，研究了永磁同步电机定子系统的模态特性。

通过机电类比法，推导出电机定子系统固有频率的解析式；建立了电机定子系统的有限元模型，对其固有频率和振型进行了仿真分析。

采用运行模态试验方法，搭建实验平台，完成了永磁同步电机的模态测试，辨识出电机定子系统的固有频率。

再次，研究了永磁同步电机的振动响应。

关联电磁场与结构场，建立耦合模型，把电磁激励加载至定子系统，得到了电机壳体上一点振动的响应特性，对其进行傅里叶分解，得到了振动的频域分布。

搭建实验平台，测取了两种工况下电机壳体表面的振动响应，验证了上述分析方法的正确性。

最后，开展了永磁同步电机的减振优化设计。

分别从降低电磁激励和调整结构模态的角度出发，选取了若干结构参数，分析了它们对于振动的影响，以此为基础对电机进行了优化。

优化后，经仿真计算，电机的振动幅值得到了降低。

关键词：永磁同步电机；电磁激励；模态；振动响应；AUVVibration Analysis and Structure Optimization ofPermanent Magnet Synchronous MotorAbstractPMSM(Permanent magnetic synchronous motor )has a simple structure with high power density and efficiency. Due to these advantages, PMSM has been applied to AUV, which has limited space and energy supply. However, its inherent characteristic would introduce radial electromagnetic force and cogging torque. The vibration caused by these stimulations becomes the origin of noise, which will do harm to the stability of the motor and AUV’s stealth performance.This dissertation studies onthe vibration and optimization of a PMSM equipped on an AUV. Focusing on vibration and optimization of the PMSM, multiphysics fields are built, including electromagnetic field, structure field andcoupled transient-structure field, from the perspective of analysis, simulation and experiment. The main content of the paper is shown as follows：Firstly, the electromagnetic stimulation which causes vibration of the PMSM is analyzed. Orders and frequencies of theelectromagnetic force are calculated using analytical method. FEAmodel is established to obtain further information about the magnetic field’s distribution spanning in time and space. FFT is performed to acquire the magnetic field’s distribution in frequency domain. The cogging torque is also analyzed and simulated.Then, the dissertation focuses on the modal analysis of the stator from the mechanism perspective. Electromechanical analogy is utilized to acquire the analysis formula for the natural frequencies of the stator system. Simulation is then conducted to obtain the accurate value of the natural frequencies and modal shapes. OMA is performed to identify modal parameters experimentally.Thirdly, vibration response is studied. The coupledmodel between the electromagnetic field and the structure field is established. The electromagnetic stimulation is loaded onto the stator system to get time-domain response of a point. The result is then transferred by FFT to frequency domain. Vibration amplitudes under different working conditionsare measured by experiment to validate the previous methodology.At last, a method intended to reduce vibration is performed. In order to reduce the stimulation amplitudes and adjust the natural frequency, effects of several structural parametersare studied. Based on the previous analysis, the simulation result shows that the motor after optimization has lower vibration level.Key words: PMSM; Electromagnetic Stimulation; Modal; Vibration Response; AUV目录摘要 (I)Abstract (I)第一章绪论................................................................................................................. - 1 -1.1研究背景......................................................................................................... - 1 -1.2国内外研究现状............................................................................................. - 2 -1.2.1电磁激励的研究.................................................................................. - 2 -1.2.2结构模态特性的研究.......................................................................... - 3 -1.2.3电磁激励下振动响应的研究.............................................................. - 4 -1.3研究内容......................................................................................................... - 5 -第二章永磁同步电机电磁激励分析......................................................................... - 7 -2.1引言................................................................................................................. - 7 -2.2径向电磁力..................................................................................................... - 7 -2.2.1径向电磁力的解析计算...................................................................... - 7 -2.2.2磁场分布及径向电磁力的仿真分析................................................ - 10 -2.2.3变频供电下的振动激励.................................................................... - 15 -2.3齿槽转矩....................................................................................................... - 17 -2.3.1齿槽转矩的解析计算........................................................................ - 17 -2.3.2齿槽转矩的仿真计算........................................................................ - 19 -2.4本章小结....................................................................................................... - 20 -第三章永磁同步电机定子结构模态分析............................................................... - 21 -3.1引言............................................................................................................... - 21 -3.2定子系统的双环模型................................................................................... - 21 -3.2.1机电类比法........................................................................................ - 21 -3.2.2双环模型............................................................................................ - 22 -3.3结构模态的有限元仿真............................................................................... - 25 -3.3.1定子铁芯的模态分析........................................................................ - 25 -3.3.2绕组对定子铁心模态的影响............................................................ - 27 -3.3.3定子系统的模态................................................................................ - 29 -3.4永磁同步电机的模态实验........................................................................... - 31 -3.4.1自互谱法的基本原理........................................................................ - 32 -3.4.2永磁同步电机的运行模态实验........................................................ - 33 -3.5本章小结....................................................................................................... - 36 -第四章电磁激励作用下的振动响应....................................................................... - 37 -4.1振动响应的解析计算................................................................................... - 37 -4.2电磁力作用下的振动响应........................................................................... - 37 -4.3齿槽转矩作用下的振动响应....................................................................... - 39 -4.4 永磁同步电机振动响应的实验验证.......................................................... - 40 -4.4.1 两种电磁激励下的振动响应........................................................... - 40 -4.4.2 齿槽转矩作用下的振动响应........................................................... - 43 -4.5本章小结....................................................................................................... - 44 -第五章永磁同步电机减振优化设计....................................................................... - 45 -5.1引言............................................................................................................... - 45 -5.2电磁激励的优化........................................................................................... - 45 -5.2.1设计变量的确立................................................................................ - 45 -5.2.2齿顶弧偏移对于电磁激励的影响.................................................... - 46 -5.3定子模态优化............................................................................................... - 47 -5.3.1优化目标的确立................................................................................ - 47 -5.3.2设计变量的选择................................................................................ - 48 -5.3.3基于响应面法的定子模态优化........................................................ - 49 -5.4优化后的振动响应....................................................................................... - 52 -5.5本章小结....................................................................................................... - 53 -第六章总结与展望................................................................................................... - 54 -6.1总结............................................................................................................... - 54 -6.2展望............................................................................................................... - 54 -参考文献............................................................................................................... - 56 -攻读学位期间发表学术论文情况............................................................................. - 58 -致谢..................................................................................................................... - 59 -中国运载火箭技术研究院学位论文版权使用授权书............................................. - 60 -第一章绪论1.1研究背景本课题来源于某自主式水下航行器电推进装置项目。

永磁直流电动机振动和噪声分析

曲和横向振动。设计上采用非均匀气隙、电枢斜槽等，是减少磁通振荡和振动电磁力的有效措施。都
（）２气隙的不均匀。由于装配气隙不均匀，电动机运行时产生单边磁拉力，作用相当于电动机转轴其
！节省了材料并减小了电动机体积。但在永磁材料应用中还存在一些问题，电动机噪声、动增大等，如振
因此，决这些关键问题尤为重要。解我们首先要判别电动机的振动由何原因引起的，即电磁和机械原因判定。区分是电磁原因还是机械原因产生的方法是将电动机运转至最高转速，
苗ｕⅡｖｏ．
．．．～ … …
薹
… … …
，
… …
钼『 ● 妊聿铎盆嘘吐
… … … … … … … … … … … … … … … … … … 一
．
苎
… ２８蔓．． …Ｏ！…．Ｏ．塑 …主
永磁直流电动机振动和噪声分析
严自新
（坛市微特电机有限公司，苏常州２３０）金江１２０
ＡｂｔａｔＴｅｍａｎｒａｏｎｅｂｓｏｕｉｎｏｉｍｏｉｎｖｂａｉｎａｄｎｉｕｉｇｔｅｐｏｕｔｎｐｏｅｓｗｒｓｒｃ：ｈｉｅｓｎａｄｔａｉｓｌｔｆｔｓｔｉｒｔｎｏｓｄｒｒｄｃｉｒｃｓｅｅｈｃｏｈｏｏｅｎｈｏ

永磁同步电机的振动与噪音解析

理想次数
二、定位力矩
啸叫
大电机噪音与电流波形噪音频率为电流频率的18倍机械转速的180次
第16页/共31页
理想次数
三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音
波动力矩波动力矩—指令一定下不同转角对应的电磁力矩波动分量引起的原因：电动势e和电流 i 的波形偏离了理想波形
Tr
1
ei
T
第17页/共31页
❖存在幅值偏差Δi
Tr
2 i sin 2
3
--υ＝2P
❖ 存在相位偏差Δθ
Tr
2 i cos 2
3
--υ＝2P
❖ 存在恒定成分ΔI
Tr I sin --υ＝P
存在次谐波成分i
Tr icos( 1)
第23页/共31页
五、抑制措施
电机本体
定位力矩优化电机系统固有频率
控制器
力矩波动
方波驱动器正弦波驱动器
第6页/共31页
一、振动与噪音机理
合成磁动势：
F (,t) Fs cos[p(1 ) 1t] Frk cos[kp(0 t)]
k
气隙磁密： B (，t) F / S
单位面积力： B2 (，t) 20
N, cos( t) ,
第7页/共31页
一、振动与噪音机理
一、不随时间变化的恒定力波，即零次力波。恒定力波只是对定子铁心产生静压力时铁心产生静变形，不产生振动和噪音; 二、定子磁动势同次谐波，力波角频率为2ηω1; 三、转子磁动势同次谐波，力波角频率为2kω1; 四、定子磁动势不同次谐波，力波角频率为(ηi±ηj)ω1 ; 五、转子磁动势不同次谐波力波，角频率为(ki±kj)ω1 ; 六、定、转子磁动势不同次谐波力波，角频率为(ηi±kj)ω1; 七、定、转子磁动势同次谐波力波，角频率为2ηiω1;

直流电机噪音大的原因

直流电机噪音大的原因直流电机是一种常见的电动机，它在工业和家用设备中广泛应用。

然而，与交流电机相比，直流电机在运转过程中往往会产生较大的噪音。

下面将从几个方面分析直流电机噪音大的原因。

直流电机噪音大的原因之一是由于电刷的摩擦和碳粉的产生。

直流电机中的电刷是与转子相连的，它们之间由于摩擦会产生噪音。

同时，电刷会不断磨损，产生碳粉，这些碳粉会进一步增加摩擦和噪音。

为了减少这种噪音，可以采用一些措施，如定期更换电刷和清洁电机内部。

直流电机噪音大的原因之二是磁场的不稳定性。

直流电机中的磁场是由电刷和永磁体产生的，而这些元件在运转过程中会受到各种因素的影响，如温度变化、磨损和震动等。

这些因素会导致磁场的不稳定性，进而产生噪音。

为了解决这个问题，可以使用高品质的永磁体和电刷，以提高磁场的稳定性，从而减少噪音的产生。

第三，直流电机噪音大的原因之三是机械振动和共振。

直流电机在运转过程中会产生机械振动，这些振动会通过机壳传导到周围环境，导致噪音。

此外，当电机的转速接近某些共振频率时，会引起共振现象，进一步增加噪音的产生。

为了减少振动和共振引起的噪音，可以采取一些措施，如增加机壳的密封性、使用减振材料和合理设计电机的结构等。

第四，直流电机噪音大的原因之四是电机内部的电磁干扰。

直流电机在运转过程中会产生电磁场，这个电磁场会干扰周围的电子设备，从而产生噪音。

为了减少这种干扰，可以采用屏蔽材料和滤波器等电磁兼容措施，以减少电机对周围设备的干扰，从而降低噪音的产生。

直流电机噪音大的原因主要包括电刷的摩擦和碳粉产生、磁场的不稳定性、机械振动和共振以及电机内部的电磁干扰等。

为了减少直流电机噪音，可以采取一系列措施，如定期更换电刷、使用高品质的永磁体和电刷、增加机壳的密封性、使用减振材料和合理设计电机的结构、采用屏蔽材料和滤波器等。

通过这些措施的综合应用，可以有效降低直流电机的噪音水平，提高设备的运行质量和环境舒适度。

永磁同步电机的振动与噪音

交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
正弦波驱动
五、抑制措施
空载
9Nm
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
五、抑制措施正弦波驱动器的抑制措施
磁场正弦化设计（不均匀气隙）保证位置传感正弦化精度电流反馈提高电路的线性
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
6 8 1.0 1.2
Tem/(N.m)
0 24
0
72
144
216
288
360
电角度/（°）
力矩波动仿真图
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音
振动
大电机噪音与电流波形 –120rpm，10Nm 噪音频率为电流频率的6倍
f=120Hz
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
式中 T e0 m 2 3 m [E m 1 Im 1 E m 5 Im 5 E m 7 Im 7 E m 1Im 1 1 1 ]
T e6 m 2 3 m [ I m 1 ( E m 7 E m 5 ) I m 5 ( E m 1 1 E m 1 ) I m 7 ( E m 1 3 E m 1 ) ]
三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音
波动力矩波动力矩—指令一定下不同转角对应的电磁力矩波动分量引起的原因：电动势e和电流 i 的波形偏离了理想波形
Tr 1 eiT
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音
e a ( t ) ~ E m 1 s t i E m 3 s n 3 t i E m 5 s n 5 t i E m 7 s n 7 t i n

永磁有刷直流电机振动与噪声分析

永磁有刷直流电动机的结构原理
有刷电机的定子上安装有固定的主磁极和电刷，转子上安装有电枢绕组和换向器。直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载。
电机振动、噪声的分类和来源
电机的机械噪声
电机用轴承一般分为滚动轴承和滑动轴承两类。滚动轴承的振动与滚珠的
凝固后的胶水厚度很难保持均匀一致。这样，较厚的胶体就像柔软的
弹簧，软弹簧降低了电机结构的刚度，从而导致了较低的模态固有频率。胶体厚度是导致永磁电机出现噪声分布不一致的关键参数。
小结
直流电机的噪声主要是由于电磁影响、机械摩擦、空气旋流或涌入而产生的，抑制由于电磁影响产生的噪声重在设计时电枢绕组、极齿、齿槽和励磁磁场分布的合理性，
引发电机电磁振动。
定子一般直接连接到电机外壳构振动和噪声。
永磁有刷直流电机的磁场与电磁力
有刷永磁直流电机的径向气隙磁场是一种周期性的旋转磁场，这种旋转磁场会作用在电机结构上，产生旋转电磁力。作用在永磁体的内表面上的电磁力是一种周期性的旋转压力波（麦克斯韦应力）。正是这种作用在电机结构上的旋转压力波，引起电机结构的振动，从而使电机辐射出电磁噪声。电磁激励力的频率为电机转速和转子齿数乘积的整数倍，引发电机振动和噪声的电磁力主要作用在永磁体内表面上。
电机的空气噪声
空气动力噪声是由空气流在空间移动过程中分子间相互碰撞作用或空气流碰撞固态介质而产生的噪声。电机产生的空气动力噪声，主要是由于电机转子的高速旋转而带动电机机身内空气做涡流运动而产生的旋转脉动噪声，声源具有指向性，辐射声功率与电机转子带动的气流速度的六次方成正比。
另外，电机工作机身温度升高时，电机机身外的空气会流入电机机身内，

直流电机噪声分析及降噪的工艺措施直流电机噪声分析及降噪的工艺措施

噪声大小反映了产品的性能好坏，电机噪声也是衡量一个电机生产厂家的产品技术水平、质量水平的重要指标之一。作为电机生产厂家要满足客
户对电机噪声小的要求，如何解决电机噪声问题就自然成为电机制造行业特别关注的问题。本文主要介绍某大型直流电机在电磁方案设计不改变条件下，根据电机振动、噪声产生的机理，对直流电机进行测试分析，确定主要振动噪
声。
件如电机的刷杆及刷杆座的结小振动和降低噪音，合理的设计结构、制造工艺方法与零部件制造过程中的加工质量决定电机的振动与噪声。除设计因素
ＬｎｉＸｉ
（ａｇａｅｔｉａｕａｔｒｎＸｉｎｔｎＥｌｃｒｃＭｎｆｃｕｉｇＣＯ．ｄＸｉｎｔｎ４１０，ｎｎＣｈｎ）Ｌｔ，ａｇａ１Ｈｕａ，ｉａ１１
ＡｂｔａｔＭａｎｓｕｃｓｏｉｓｉｉｃｕｒｎｔｒｉｄｓｕｓｄｉｉｐｐｒＢａｓｏｍｅｓｒｓｒｃ：ｉｏｒｅｎｓｄｒｔｒｅｔｏｉｓｅｔｓａｅ．ｙｍｅｎｆｏｅｎｅｃｍｏｓｃｎｈｆａｕｅ
收稿日期：２１－．９０１９１
２电机噪声控制的工艺措施
２１刷架结构分析．
作者简介：李听（９６）１６一，女，工程师。研究方向：
电机。
２１．１刷架结构改进前测试情况及分析．我们对直流电机振动测试数据进行了分析，

有关永磁直流微型电机的噪声分析和抑制

１、转子不平衡产生的噪声与控制如果一个电机转子（包括上面的绕组）的质量分布是均匀的，制造与安装时
电机的噪声是由振动产生的，有固有因素和人为因素两种情况，固有因素主要是额定功率和额定转速，而人为因素主要体现在工艺方法和零部件加工质量等方面，尤其是手工含量较大的小型企业，其产品一致性差，超差零件装入电机，导致噪声指标超出限值。电刷、换向器、转子、轴承等零件的精度及装配水平
的磁力线中心位置设计不合理。 ⑦电机在运转中受到轴向外力的作用－ ④电机
内风路产生的轴向反作用力， ④电机安装水平不符合标准。有时是这四种作用
力同时作用的结果。
对于电机轴向窜动，可在设计电机尺寸链时有意使定、转子的磁力线中心
偏移一定的尺寸，对转子形成一个偏向轴伸端或轴后端的初始预拉力，初始预拉力的大小与定、转子的磁力线中心偏移尺寸大小有关，经过实践验证，本方法
根据上述产生电磁噪声的原因，我们可采用下列方法降低电磁噪声。
①尽量采用正弦绕组，减少谐波成份ｌ
②选择适当的气隙磁密，不应太高，但过低又会影响材料的利用率；
③选择合适的槽配合，避免出现低次力波， ④采用转子斜槽， ④ 定、转子磁路对称均匀，迭压紧密， ⑥定、转子加工与装配，应注意它们的圆度和同轴度， ⑦将磁瓦做成偏心，采用不均匀气形成气隙，产生正弦波的磁场。
＝永磁Ｉ滤徽翟电机噪声的分类
引起电机噪声的种类很多．也比较复杂。根据电机噪声产生的不同方式．大

永磁同步电机的结构振动与噪声特性研究

永磁同步电机的结构振动与噪声特性研究本文结合目前永磁同步电机振动噪声的研究现状,以某汽车电动系统有限公司150kW的永磁同步电机为研究对象,应用UG、HYPERWORKS、JMAG、LMS b等软件研究了该电机结构振动与噪声的特性,主要研究以下几个方面的内容:首先,本文介绍了永磁同步电机的基础知识与理论。

建立了永磁同步电机的定子系统、转子系统和机壳的几何模型和有限元模型。

其次,对电机的定子、定子总成和整机进行了自由模态分析,并通过模态的实验结果与仿真结果进行了对比,完善了模型并验证模型的准确性。

分析了浸漆刚度、螺栓结合面的建模方法和机壳材料对电机模态的影响,同时通过电机结构的改进提高了结构刚度,提高了电机整机模态频率,避免与激励力产生共振。

接着,基于永磁同步电机电磁力的理论分析,计算出了定子齿表面的径向电磁力,确定了电机振动特性分析的边界条件,计算了电机的频率响应,并通过与测试结果对比验证了仿真结果的可靠性和准确性,进一步分析了浸漆刚度对电机振动特性的影响。

同时,确定了改进电机结构即在下盖板上布置加强筋可以抑制振动。

最后,根据边界元理论建立了永磁同步电机的边界元模型,将电机表面的振动加速度数据导入到LMS b中作为电机噪声分析的边界条件,采用边界元法计算了电机辐射噪声的声功率级和声压级,分析了浸漆刚度对电机噪声特性的影响,通过给下盖板布置加强筋降低噪声,为以后的优化设计提供有力地依据。

211104886_Halbach结构永磁电机的电磁振动与噪声分析

电气传动2023年第53卷第4期ELECTRIC DRIVE 2023Vol.53No.4摘要：针对转子为Halbach 结构的永磁电机进行额定功率下的电磁振动和噪声分析，建立了永磁电机径向力波的解析表达式，并分析了引起振动和噪声的两类主要力波，通过解析法确定了电机的主要噪声源。

为了表征Halbach 结构电机的电机特点及其振动噪声性能，比较了Halbach 结构和普通径向充磁结构的两台电机，针对这两台电机分别进行气隙磁密的分析，以及振动和噪声的比较。

对比分析结果表明，Halbach 结构的永磁电机转子轭部更薄，重量更轻，气隙磁密正弦度更高。

但由于径向气隙磁密3次谐波含量的不同，Halbach 结构永磁电机的主要激振频率下的振动加速度幅值相比传统径向充磁结构的永磁电机高出9.56%，总声压级高出0.65dB 。

分析结果为机泵一体化装备的电机选择和设计提供了研究基础。

关键词：Halbach 结构充磁；传统径向充磁；永磁同步电机；振动；噪声中图分类号：TM351文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd23510Electromagnetic Vibration and Noise Analysis of Halbach Permanent Magnet MotorLU Xihao ，QIAO Mingzhong ，ZHANG Chi（College of Electrical Engineering ，Naval Engineering University ，Wuhan 430000，Hubei ，China ）Abstract:In view of the electromagnetic vibration and noise analysis of permanent magnet motor with Halbach structure at rated power ，the analytical expression of radial force wave of permanent magnet motor was established ，and two kinds of main force waves which cause vibration and noise were analyzed.The main noise sources of the motor were determined by analytic method.In order to characterize the motor characteristics of the Halbach structure motor and its vibration and noise performance ，two motors of Halbach structure and common radial magnetization structure were compared.For these two motors ，the analysis of the air gap flux density and the comparison of vibration and noise were carried out.The comparative analysis results show that the permanent magnet motor rotor yoke of Halbach structure is thinner ，lighter ，and the air gap flux density is more sinusoidal.However ，due to the different third harmonic content of radial air gap flux density ，the vibration acceleration amplitude under main excitation frequency of Halbach permanent magnet motor are 9.56%higher than those of traditional radial magnetization permanent magnet motor ，and the total sound pressure level is 0.65dB higher.The analysis results provide a research foundation for the selection and design of the motor of the integrated pump-mechanical equipment.Key words:Halbach structure magnetization ；traditional radial magnetization ；permanent magnet synchronous motor ；vibration ；noise基金项目：国家自然科学基金（51877212）作者简介：卢希浩（1997—），男，硕士，Email ：*****************通讯作者：乔鸣忠（1971—），男，博士，教授，Email ：*********************Halbach 结构永磁电机的电磁振动与噪声分析卢希浩，乔鸣忠，张弛（海军工程大学电气工程学院，湖北武汉430000）液体泵是舰艇上的重要设备，现有的液体泵都是采用传统结构，电机通过传动轴带动泵叶转动，将液体输送出去。

有刷直流电机旋转工作噪声的分析

有刷直流电机旋转工作噪声的分析摘要：现如今，随着我国锂离子电池技术在应用方面的普及性特点，市场对于电机的需求也出现较为明显的增长趋势，在行业竞争日益激烈的背景下，电机的成本控制尤为重要。

基于有刷直流电机成本低，控制简单的特点，有刷直流电机至今仍占有一定的市场份额。

基于此，本文在分析有刷直流电机结构的背景下，探讨有刷直流电机旋转工作噪声的相关模型，在模型建立期间就可以有效优化固有频率，从而逐渐减弱共振所带来的相应影响，改善出现的噪声情况。

关键词：有刷直流电机；电机旋转；工作噪声引言在我国电机行业竞争逐渐激烈的背景下，对于成本的相关要求也具有一定的改变，其中涉及的有刷直流电机具有明显优势。

有刷直流电机的定子依据永磁体建立一定的气隙磁场，电枢依据嵌入电枢铁芯槽内的电枢绕组，在定子磁场感应电势和通过电流，将电能转换成机械能，旋转输出一定的转速和转矩。

但有刷电机在提供动力期间，也会带来一定的振动情况，从而出现相应的噪音。

对于各使用电机的行业来说，控制噪声、振动和声振平顺性（NVH）方面均具有较为严格的要求，这就对有刷电机提出较大的挑战，因此，本文对有刷直流电机旋转工作噪声的研究进行分析，旨在为电机可靠性奠定基础[A1][1]。

一、有刷直流电机工作结构有刷直流电机属于一种直流电机的类型，其定子上安装永磁磁钢，而在转子上有嵌入转子槽内的电枢绕组以及换向器。

有刷直流电机在结构方面具有结构简单、运行效率高、调速性能好的优点，在系统中属于控制系统的主要结构。

有刷直流电机在工作期间其原理主要表现为：电源或电池组电流通过电刷、换向器进入转子线圈，载流线圈在定子磁场中感应电势，将电能转换成机械能，旋转输出一定的转速和转矩，从而产生电枢电流。

但是由于电刷和换向器为动滑动接触，电机运行时二者会产生动滑动摩擦噪声，且电刷与换向器的换向火花也容易出现相应的电磁干扰现象，为改善有刷直流电机旋转工作噪声，就需要建立有限元模型，不断改进设计的固有频率，旨在可以在结构设计阶段改善噪声情况。

Z4直流电机电磁振动与噪音原因分析与处理

（2）同时，z4直流电机运行时，定子、电枢绕组中通的是由工频交流电经过整流而获得的直流电。本公司中小型直流电机试验台配备的三套电源中，有一套的整流电源与用户实际使用电源条件相同：励磁绕组电源采用单相交流50hz 220v、经整流变压器升压至单相交流50hz 380v，再用单相半可控桥式整流器整流输出320v直流电。当需要不同的励磁电压（电流）时，通过调节整流模块中的可控整流元件的导通角来实现。
（2）由于线圈制造、装配的工序较长，工序质量控制不到位，部分线圈存在线匝松动、松散的现象。当励磁线圈有部分线匝松散时，励磁绕组中通过含有交流纹波的励磁电流时，相邻的松散线匝间因电磁力的相互作用而产生线匝振动。对于励磁电压较低的电机，励磁线圈的线规较粗，松散线匝间的振动通过铁芯扩散，并释放电磁噪音。
实际试验验证结果：将一个线圈线匝松散的磁极放到非导磁的桌案上，线圈施加实际运行时单个线圈上的励磁电压，松散的线匝产生强烈的振动。
按职责分工和检验流程：绕线工绕线时，匝数的计量通过绕线机上的机械式或电子数显式计数器计数。刷漆绕完、烘干后不再自检匝数。线圈包绝缘前由专职检验员测量匝数和直流电阻。线圈匝数用yg—108r匝数仪测量，该匝数仪可以测量匝数、直流电阻，没有专门的匝间短路警示信号，但可以通过异常的匝数显示差异来定性判别线圈是否有匝间短路现象。
（4）实际试验现象验证上述分析：当将一台存在励磁线圈匝间的z4电机，用直流发电机组电源给励磁回路通电时，电机振动和噪音非常正常；当用三相桥式整流电源（交流纹波含量很小）给励磁回路通电时，电机有轻微的电流声，振动和噪音合格；当用单相整流电源给励磁回路通电时，电机产生强烈的电磁振动和“嗡嗡”的电磁声，用测振仪测量接线盒（薄壁件）和鼓风机蜗壳上的振动值，振速最大值可达到8mm/s，严重影响电机的可靠运行和环保要求。通过对实际有电磁振动的电机统计分析，19台中有16台是由于匝间短路造成的电磁振动和电磁噪音异常，比例达到%。

电动车永磁同步电机电磁噪声测试分析3

电动车永磁同步电机电磁噪声测试分析康强2019.09内容1.引言：电驱噪音的现状和目标2.电机噪音的测试和分析3.电磁激励源的分析4.改善方案和建议⏹车身+底盘：●车身结构分布变化、声学包分布变化●底盘刚度增加、轮胎抗冲击要求增加●风噪／路噪问题凸显⏹动力总成：●动力总成从传统内燃机更换为电驱动系统，总噪声值变小●电机表现出高频尖叫声●减速器齿轮啸叫明显●动总悬置高频隔振能力差⏹附件电动化：●发动机掩蔽效应消失●电动空调压缩机噪声显现●继电器异响●水泵／真空泵等子系统噪声突出电动车由于动力总成改变，进排气取消，新增动力电池模块……，NVH 有了明显变化：电动车车内噪声变小，是否NVH 得到了改善？—Traditional vehicle —Electric vehicle4dB A⏹500-4000Hz的啸叫噪音主要由减速器齿轮阶次贡献⏹5000Hz以上的啸叫噪音主要由电机极数的阶次贡献Feature①Feature③Feature②⏹特征①：电磁激励噪声，其噪声主阶次成分为电机的极数和槽数有关。

+=⏹特征②：PWM载波频率，与逆变器开关频率的控制策略有关，逆变器将高压直流电转变为交流电时产生该噪声成分。

⏹特征③：电机结构共振产生的噪声。

电机的电磁激励噪声（包括开关频率噪声）频率高达4kHz以上，而人耳对1k-6kHz噪声非常敏感，即使电机噪声幅值降低到35dB(A)，仍然能被人耳感知到，从而引起抱怨。

更安静的电动车，对减速器NVH 有了更苛刻的要求：瞬间提速，瞬间大载荷NVH 重要度前移，更高的NVH 要求1st gear order2nd gear order大速比，高转速→ 齿轮阶次频率增大→ 齿轮变形风险增大相对于传统车，电动车的减速器齿轮传递更大的扭矩，更宽的工作转速范围，使得齿轮啮合啸叫噪声异常突出，并且更高的频率阶次也不容易被掩蔽。

8000.000.00HzDerived Frequency40.000.00d B (A )P a 1.000.00A m p l i t u d e30.0025.00F car1F car2F car3F car4F car5Fcar6☐最高频率至8000Hz ，车内电机阶次目标为低于30dB(A)，人很难感觉到；☐全负荷工况电机本体噪音在额定转速处有一个拐点。

有刷直流电机旋转工作噪声分析及研究

有刷直流电机旋转工作噪声分析及研究作者：朱静来源：《无线互联科技》2019年第16期摘 ; 要：有刷直流电机的噪声主要来自电磁振动噪声及电刷摩擦噪声。

文章利用了数值计算有限元方法，对转子系统建立了有限元模型，优化了定子轴系的固有频率，减弱了共振效应，改善了噪声。

关键词：有刷电机;噪声;有限元方法随着汽车行业竞争越来越激烈，尤其是对低成本设计要求，有刷直流电机由于成本低、控制简单，在汽车行业得到了广泛的应用[1]。

有刷直流电机的定子上安装有固定的主磁极和电刷，转子上安装有电枢绕组和换向器。

直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载[2]。

有刷电机在提供动力的同时，也带来了振动与噪声的问题，汽车行业又是一个对噪声、振动和声振粗糙度（Noise，Vibration and Harshness，NVH）有着严苛要求的行业，向有刷电机的应用提出了巨大的挑战。

本文以某主机厂有刷直流电机项目中的工作噪声为背景，分析了噪声产生的原因，通过有限元方法，建立了有刷直流电机转子系统的有限元模型，通过改进设计及固有频率分析，最终改善了噪声并达到了NVH要求。

1 ; ;有刷直流电机的噪声机理分析有刷直流电机噪声来源主要有两类：电刷摩擦振动噪声及电磁振动噪声。

电刷的摩擦振动噪声是由于换向器跟碳刷接触，在转子旋转过程中接触摩擦而产生的噪声。

碳刷材料的配方在此类噪声产生的环节方面起到决定性作用。

目前，各大电机公司都致力于碳刷材料的配方研究。

电磁噪声是电机噪声的组成部分，它通过磁轭向外传播[3]。

氣隙磁波作用在定子上，产生径向和切向磁力两个分量。

使定子产生振动变形的径向分量是电磁噪声的主要来源，使定子齿弯曲产生局部变形的切向分量是电磁噪声的次要来源。

当径向电磁力波与定子的固有频率接近时，就会引起共振，使振动与噪声大大增强。

3件样件的噪声测试结果如图1所示。